集散控制系統(tǒng)的設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 前言計算機控制技術在通信、遙感、無損檢測、智能儀器、工業(yè)自動控制等工程領域有著廣泛的應用。在開發(fā)計算機控制系統(tǒng)時，程序設計是很多技術人員要面臨的問題。在高校和科研院所，有眾多的研究人員在使用各種計算機控制系統(tǒng)，他們都迫切需要相關的書籍來學習相關的編程技術。組態(tài)軟件是標準化、規(guī)模化、商品化的通用工控開發(fā)軟件，只需進行標準功能模塊的軟件組態(tài)和簡單的編程，就可以設計出標準化、專業(yè)化、通用性強、可靠性高的上位機人機界面工控程序，且工作量較小，開發(fā)調試周期短，對程序設計員要求低，因此，組態(tài)軟件是性能優(yōu)良的軟件產(chǎn)品，成為開發(fā)上位機工控程序的主流開發(fā)工具。近幾年來，隨著計算機軟件

2、技術的發(fā)展，組態(tài)軟件技術的發(fā)展也非常迅速，可以說是到了令人目不暇接的地步，特別是圖形界面技術、面向對象編程技術，組件技術的出現(xiàn)，使原來單調、呆板、操作麻煩的人機界面變得耳目一新，因此，除了一些小型的工控系統(tǒng)需要開發(fā)者自己編寫應用程序，凡屬于大中型的工控系統(tǒng)，最明智的辦法應該是選擇一個合格的組態(tài)軟件。然而，集散控制系統(tǒng)則是一個很好的選擇。分布式集散控制系統(tǒng)是由多臺計算機分別控制生產(chǎn)過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數(shù)據(jù)集中管理和集中控制的系統(tǒng)。 分布式集散控制系統(tǒng)采用微處理機分別控制各個回路，而用中小型或高性能的微處理機實施上一級的控制，各回路之間和上下級之間通過高速數(shù)據(jù)通道交換信息。分布式集

3、散控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)獲取直接，數(shù)字控制人機交互以及監(jiān)控和管理等功能。分布式集散控制系統(tǒng)是在計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)和計算機多級控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，是生產(chǎn)過程的一種比較完善的控制與管理系統(tǒng)。在分布式集散控制系統(tǒng)中，按地區(qū)把微處理機安裝在測量裝置與控制執(zhí)行機構附近，將控制功能盡可能分散，管理功能相對集中。這種分散化的控制方式能改善控制的可靠性不會由于計算機的故障而使整個系統(tǒng)失去控制，當管理級發(fā)生故障時過程控制級控制回路仍具有獨立控制能力，個別控制回路發(fā)生故障時也不致影響全局與計算機多級控制系統(tǒng)。相比，分布式控制系統(tǒng)在結構上更加靈活，布局更為合理和成本更低。因此，以后的發(fā)展用途將會更廣泛。一、鍋爐概

4、述鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設備。它通過煤、油或天然氣等燃料的燃燒釋放出化學能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，使水轉變成蒸汽，蒸汽直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過蒸汽動力機械轉換為機械能，或通過汽輪發(fā)電機轉換為電能。所以鍋爐的中心任務是把燃料中的化學能最有效地轉換為蒸汽的熱能。因此，近代鍋爐亦稱作蒸汽發(fā)生器。鍋爐除了和所有動力機械產(chǎn)品一樣，必須不斷降低成本并提高效率和質量以外，由于鍋爐本身的特性，它還具有以下特點。、可靠性要求高。鍋爐一旦事故停爐，將使電廠臨時對外供電，影響甚廣，其直接、間接損失遠遠超過鍋爐本身的價值。、綜合性強。鍋爐與汽輪機、發(fā)電機同為電廠三大主機，但鍋爐除了一般性的產(chǎn)品內

5、在矛盾外，還要能適應燃料性質，使整個電廠得到安全經(jīng)濟的運行，因而多了一個外在矛盾。此外，鍋爐還和其他工業(yè)部門的發(fā)展有著十分密切的關系，如石油化工企業(yè)中的廢熱鍋爐，蒸汽燃氣聯(lián)合動力裝置中的壓力燃燒鍋爐及核反應堆工程中的蒸汽發(fā)生器等等。、金屬耗量和體積大。以一臺配30萬千瓦機組的電站鍋爐為例，金屬耗量達四千多頓，體積達二萬多立方米。、生產(chǎn)周期長。一臺大容量鍋爐從設計、制造、安裝到投入運行，目前一般需時二到三年，今后即使采用設計新技術及制造安裝新工藝，提高自動化水平，要想把上述全過程在更短時間內完成，還是比較困難的。、鍋爐產(chǎn)品不能在制造廠內整裝試運。除小容量工業(yè)鍋爐外，不可能把鍋爐在制造廠內全部組裝

6、好并投入試運行，這給鑒定和提高產(chǎn)品質量帶來不少困難。二、系統(tǒng)性能要求2.1、蒸汽鍋爐的主要技術指標及功能1、保證鍋爐汽包水位維持在巧一30nnIl范圍內穩(wěn)定運行。2、保證鍋爐實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒,運行過程中不出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象。3、維持蒸汽壓力在1.2一1.3Mpa,保證某集團的用汽需求,并且在運行過程中,爐排調節(jié)平緩,防止爐鏈因突然加速而斷裂。4、應用軟件應具有報警功能。5、應用軟件應具有報表功能2.2、鍋爐自動運行的主要任務1、保持汽包水位在規(guī)定的范圍內。2、控制蒸汽壓力的穩(wěn)定。3、控制爐膛負壓在規(guī)定的范圍內。4、維持經(jīng)濟燃燒。2.3、系統(tǒng)的模擬量輸入點和模擬量輸出點模擬量輸入點：（1）給水泵變頻器輸

7、入；（2）鼓風機變頻器輸入；（3）引風機變頻器輸入；（4）爐前溫度；（5）爐膛溫度；（6）爐后溫度；（7）主蒸汽溫度；（8）省煤器出口水溫；（9）給水流量；（10）蒸汽流量；（11）爐膛負壓；（12）主蒸汽壓力；（13）汽包水位；（14）給煤機轉速；（15）爐排轉速；（16）汽包壓力。模擬量輸出點：（1）給水泵變頻器輸出；（2）鼓風機變頻器輸出；（3）引風機變頻器輸出；（4）給煤機轉速輸出；（5）爐排轉速輸出。如圖2所示：是各個輸入量、輸出量量程范圍及通道 圖2：輸入輸出變量表三、組態(tài)設計分析3.1、鏈條鍋爐工藝簡介本次實驗主要是設計工業(yè)鏈條鍋爐DCS系統(tǒng)，鏈條鍋爐是火床燃燒爐的一種,煤在水平

8、運動的爐排上燃燒,空氣經(jīng)預熱器從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上,經(jīng)過爐閘門時被刮成一定厚度 后進入爐膛,煤在爐排上分段燃燒成渣,爐渣隨著爐排的轉動排出。爐膛中燃燒的煤所釋放的熱量,被爐膛周圍的水壁吸收進而在汽包中達到汽水分離，高溫高壓蒸汽進入分汽缸通過換熱站供用戶。燃燒產(chǎn)生的煙氣被引風機帶動經(jīng)過省煤器、空氣預熱器換熱后再經(jīng)過除塵排入大氣。如圖3.1是鏈條鍋爐的工藝流程圖： 圖3.1：鏈條鍋爐的工藝流程圖如圖3.1.1工業(yè)鍋爐DCS系統(tǒng)硬件系統(tǒng)配置圖：3.2、組態(tài)工控系統(tǒng)的組建過程（1）、工程項目系統(tǒng)分析（2）、設計用戶操作菜單（3）、畫面設計與編輯（4）、編寫程序進行調試（5）、連接

9、設備驅動程序（6）、綜合調試3.3、工業(yè)鍋爐的工作原理鍋爐通過燃煤燃燒釋放熱量，使水變成蒸汽，以供生產(chǎn)需要。該鍋爐通過鏈條爐排把煤送入爐膛中燃燒，鍋爐的蒸發(fā)受熱面都在爐子內壁上，組成水冷壁，充分利用爐膛中的高溫煙氣輻射出的熱量，使燃燒產(chǎn)物在進入以后的對流受熱面時，可以達到必須的冷卻，同時也起到了保護爐墻的作用。后墻水冷壁（在水平煙道前方）拉稀成數(shù)列凝渣管束。拉稀的作用是防止結渣，同時對其后方的過熱器也起了保護的作用。給水在除氧器被高溫蒸汽除氧并加熱，由給水管道將水送至省煤器，在其中被加熱到某一溫度后，進入鍋筒，然后沿下降管下行至水冷壁進口集箱。水在水冷壁內吸收爐膛內的輻射熱而形成汽水混合物上升

10、到鍋筒中，蒸汽經(jīng)過汽水分離裝置，由鍋筒上部離開，流到過熱器中。在過熱器內，飽和蒸汽繼續(xù)吸熱成為過熱蒸汽，然后經(jīng)汽水分離器送往儲氣罐。煤經(jīng)鏈條爐排，進而入爐膛，在爐膛燃燒放出大量的熱量。燃燒后的熱煙氣上升，經(jīng)過凝流管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器后，再經(jīng)除塵裝置清除其中的飛灰，最后才由風機送往煙囪排往大氣。如下圖3.3就是工業(yè)鍋爐的構成圖： 圖3.3：工業(yè)鍋爐構成圖 四、軟件組態(tài)王的設計4.1：工業(yè)鍋爐燃燒的主畫面在設計主畫面時，要找到畫面所需要的各種物品，如果沒有的，需要自己畫出來，然后把這些圖片放在相應的地方后，就需要進行畫面連接啦。例如：對送沒煤車進行畫面連接時，需要雙擊畫面，進行向右平移

11、的設定，還有設定好移動的距離，對供應水和蒸汽流動的設置也是如此。在對引風機和鼓風機等進行設置時，只要選擇旋轉的按鈕即可。最后，對于火焰的設定，需要5張圖片，然后設定相應的閃爍時間t=05秒，這樣就可以看見火焰的燃燒啦。還有系統(tǒng)各個監(jiān)測點只要把模擬值輸出與相對應的變量關聯(lián)就可以啦。4.2：循環(huán)泵水壓、爐壓控制系統(tǒng)對于循環(huán)泵水壓、爐壓控制系統(tǒng)的建立，我們需要建立時間，以及監(jiān)測各個變量的值的游標，使游標的值與各個變量相對應，以免在手動調節(jié)時，變量之間的值發(fā)生混亂，還有控制閥的開度也是需要特別注意的。我們還需要建立一個實時曲線報表，用來檢測變量的值的波動，其中，所監(jiān)測的變量有紅色曲線代表的循環(huán)水壓變量

12、、綠色曲線代表的爐膛負壓變量以及黃色曲線代表的補水箱的水位，當手動調節(jié)變量時，曲線會隨著游標的變化而變化。最后，還要建立可以轉換到其他畫面的按鈕，并把它們與畫面連接起來。4.3燃燒控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)的建立與上一個畫面循環(huán)泵水壓、爐壓控制系統(tǒng)的建立過程大致相同，不過要把要連接的變量改成所需要的變量，而且實時趨勢曲線的連接變量應改為紅色曲線的爐膛溫度變量和綠色曲線的出口水溫變量，其中變量的大少也應該連接起來。4.4、實時數(shù)據(jù)報表在建立實時數(shù)據(jù)報表的過程中，我們需要對爐膛出口壓力、爐膛出口溫度、出水壓力、出水溫度、補水箱水位等變量進行監(jiān)測，看到這些變量怎么變化的，我們還需要把日期注明以及把各個時間

13、段變化值檢測出來。4.5、歷史數(shù)據(jù)曲線歷史數(shù)據(jù)曲線的建立是用來回看各個變量在不同時間點的數(shù)值，它的建立是在工具中的歷史報表，該報表需要獨自建立一個歷史數(shù)據(jù)查詢按鈕，然后對所需要監(jiān)測的變量進行添加，然后在運行后設置需要查詢的時間范圍以及時間間隔，點擊確定后就會在報表中顯示。4.6、報警窗口報警窗口是用以反映變量的不正常變化，自動對需要的變量進行監(jiān)測，當發(fā)生異常時，要在報警窗口中顯示出來。報警窗口分為實時報警窗口和歷史報警窗口，實時報警窗口只顯示當前的報警事件，要查閱歷史報警事件只能通過歷史報警窗口。本系統(tǒng)中對汽包液位、蒸汽壓力、爐排轉速等重要的影響鍋爐安全的熱工變量均設置了報警上、下限，擋在進行

14、手動、自動操作過程中，這些變量超限時，采用聲音提示報警，并在報警窗口以紅色字體顯示變量名和報警狀態(tài)。五、運行結果與分析實驗運行結果： 圖5.1：主畫面 圖5.2：循環(huán)泵水壓、爐壓控制系統(tǒng) 圖5.3：燃燒控制系統(tǒng) 圖5.4：實時數(shù)據(jù)報表 圖5.5：歷史數(shù)據(jù)曲線 圖5.6：報警窗口六、調試步驟、修改過程6.1、組態(tài)軟件的使用步驟（1）、根據(jù)工藝過程繪制、設計畫面結構和畫面草圖。（2）、建立實時數(shù)據(jù)庫，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。（3）、在實時數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)庫變量與I/O點的一一對應關系，即定義數(shù)據(jù)連接。（4）、根據(jù)第（1）步的畫面結構和畫面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫面。（5）、將操作畫面中的圖形

15、對象與實時數(shù)據(jù)庫變量建立動畫連接關系，規(guī)定動畫屬性和幅度。（6）、對組態(tài)內容進行分段和總體調試。（7）、系統(tǒng)投入運行。6.2、調試修改過程在本次的實驗中，按如圖所示的器件擺放好后，就可以進行動畫連接啦，把所有的器件與各自的變量連接后，就可以切換到view畫面，然后就可以看到所設置的動畫效果，就可以切換到所需的畫面中，也可以調試錯誤和不理想的地方。在本次實驗成功之前，經(jīng)歷了許多次的修改，例如：在設置主畫面的過程中，看到送煤車還沒達到指定的地點，就已經(jīng)重新開始了，這時，就需要修改送煤車的移動距離，在經(jīng)過幾次修改后，終于達到理想的效果，還有在循環(huán)泵水壓、爐壓控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)時，實時趨勢曲線中沒

16、有線條或者是線條靠在最上面或最下面，在詢問老師和在與同學的交流中知道，需要在數(shù)據(jù)詞典中定義變量的時候，需要把記錄的那項選中或者是把它的最大值調小或者調大一些，使曲線在方框的中間，能夠看清曲線的變化。還有在實時數(shù)據(jù)報表中，如何在報表中與數(shù)據(jù)詞典中變量相關聯(lián)，在歷史數(shù)據(jù)報表中，如何把變量放到報表中顯示出來以及在報警窗口中，要把多少值設為報警值，都需要試驗許多遍，找到一個合適的報警值。以上的這些問題都是在實驗過程中遇到的大問題，還有許多的問題也不一一羅列出來啦。 七、總結通過本次工業(yè)鍋爐設計使我深刻地了解到理論知識與實踐知識的差別，在學習中學到的許多知識，只有在實際運用后，才能夠真正地被自己所用，并深刻的體會到自動化在工業(yè)控制中的重要性和有效性。通過把以往學到的知識應用到實際工作中，讓自己對已學知識增加了更多的理性認識，對知識的認識已經(jīng)不僅僅停留在理論的水平上，而是真正運用到實際的工作中去，學會了理論聯(lián)系實際，這才是學習的最終目的。經(jīng)過了這次的鍋爐設計，讓我看到了自己很多方面的不足，也讓我意識到實際動手能力的缺乏。比如：專業(yè)知識方面不夠扎實，單獨解決問題的能力不強，想問題方面不夠全面，實踐能力較弱等。這讓我意識到，無論在學習、工作中，都應該增強自身各方面的實力，改正自己的缺點，完善自己的不